JPH06300581A - 車輛の軌道追従制御装置 - Google Patents

車輛の軌道追従制御装置

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JPH06300581A
JPH06300581A JP5088916A JP8891693A JPH06300581A JP H06300581 A JPH06300581 A JP H06300581A JP 5088916 A JP5088916 A JP 5088916A JP 8891693 A JP8891693 A JP 8891693A JP H06300581 A JPH06300581 A JP H06300581A
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vehicle
deviation width
trajectory
epsilon
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JP5088916A
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Kazuma Arai
一真 荒井
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Subaru Corp
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Fuji Heavy Industries Ltd
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    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0231—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means
    • G05D1/0246—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using a video camera in combination with image processing means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/24—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle not vehicle-mounted
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T2201/00—Particular use of vehicle brake systems; Special systems using also the brakes; Special software modules within the brake system controller
    • B60T2201/08—Lane monitoring; Lane Keeping Systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 曲線路の変化に対する追従性能の向上を図
る。 【構成】 車輛１の中心の延長線Ｏと、車輛の中心を通
る目標軌道とのずれ幅ｄ＿Ｌ1，ｄ＿Ｌ2を近距離注視位
置Ｌ1と遠距離注視位置Ｌ2の二点で算出し、また、上記
各注視位置Ｌ1，Ｌ2における車輛１の予測軌道を舵角、
車速等から割出し、この予測軌道と上記目標軌道とのず
れ幅ε＿Ｌ1，ε＿Ｌ2を算出する。そして、ずれ幅ｄ＿
Ｌ1，ｄ＿Ｌ2，ε＿Ｌ1が小さい場合、直線路、或は緩
やかな曲線路と判断し、一次予測舵角式を用いて舵角を
制御する。また、ずれ幅ｄ＿Ｌ1，ｄ＿Ｌ2が大、且つ、
ずれ幅ε＿Ｌ1，ε＿Ｌ2が小の場合、定常的な曲線路と
判断し、遠距離二次予測舵角式を用いて舵角を制御す
る。一方、上記以外のずれ幅の場合、直線路から曲線
路、或はＳ字のように軌道が大きく変化する曲線路と判
断し、近距離二次予測舵角式を用いて舵角を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ドライバの運転操作を
補助するために車輛を軌道に沿って追従させる車輛の軌
道追従制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ドライバの操舵特性と車輛の操縦
性安定性の予防安全に関する問題が重要な課題になって
おり、ドライバを単調な運転行動から解放し、車輛の自
律走行を可能にする技術開発が進められている。
【０００３】軌道追従制御は車輛を軌道に沿って安全に
正しく走行させるための基本的な技術である。
【０００４】一般に、車道は起伏を除けば直線と曲線で
構成されており、曲線路を追従させるには、曲率に応じ
た適正な舵角を常に与えれば良い。
【０００５】この曲線路に応じた操舵で車輛を追従させ
るモデルとしては、 1)プログラム操舵モデル 車輛の特性と前方のコースのパターン認識とにより、予
め組込まれた操舵パターンを決定し、曲線路に進入する
と同時に上記操舵パターンで舵角を制御する 2)一次予測による前方での誤差補正モデル 図７(a)に示すように、前方の注視距離における車輛１
の延長線Ｏと目標軌道とのずれ幅ｄに所定の比例定数
（ゲイン）ｋを乗算した値を舵角δ（δ＝ｋ×ｄ）とし
て舵角制御する 3)二次予測による前方での誤差補正モデル 現在の位置、方向、及び現在の運動状態で、このまま走
行した場合の位置を予測し、この予測位置を、目標とす
る軌道と比較し、このずれを０に近づけるように追従す
るもので、図７(b)に示すように、所定注視距離におけ
るずれ幅εを積分した値に比例定数 ｋを乗算して舵角
δ（δ＝ｋΣε）を得るなどがある。
【０００６】なお、この各モデルのシュミレーションに
ついては、例えば、自動車技術 自動車と人間工学 特
集（２）Vol.25, No.10, 1971,(P1058〜1064)に詳述さ
れている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、プログラム操
舵モデルでは、あらゆる形状の路面に対応できるように
設定しなければ最適な追従性能を得ることができず、プ
ログラムが膨大になるばかりか、路面形状の変化が大き
くなるに従って応答性遅れが大きくなってしまう問題が
ある。
【０００８】また、一次予測による前方での誤差補正モ
デルでは、ほぼ直線に近い軌道での追従制御性は良い
が、曲率の小さな曲線路を走行する場合には、曲率半径
に応じて異なったゲイン（比例定数）を与えなれば、軌
道を正確に追従することはできない。
【０００９】一方、二次予測による前方での誤差補正モ
デルによれば、路面の曲率が変化した場合でも、一定の
ゲイン（比例定数）を与えることで良好な追従性能を得
ることができるが、ずれ幅εを積分しているため、ほぼ
直線路に近い大きな曲率の路面走行では車速が大きくな
ることが多く、この状態では制御が不安定になり易い。
さらに、曲線路であっても、注視距離が遠くにある場合
には、Ｓ字路のように曲率の変化の大きい軌道では、走
行中の路面曲率と、注視している路面の曲率が相違する
ため軌道から外れ易くなる。
【００１０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、あらゆる軌道の変化に対応して優れた追従性能を得
ることのできる車輛の軌道追従制御装置を提供すること
を目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明による車輛の軌道
追従制御装置は、車輛前方の延長線と、設定近距離注視
位置の目標軌道及び設定遠距離注視位置の目標軌道との
ずれ幅をそれぞれ算出する一次予測ずれ幅算出手段と、
車輛進行方向の設定近距離注視位置と設定遠距離注視位
置とにおける車輛の予測軌道と目標軌道とのずれ幅をそ
れぞれ算出する二次予測ずれ幅算出手段と、上記両ずれ
幅算出手段で算出したずれ幅に基づき、少なくとも軌道
が直線または曲率の大きな曲線路か、定常的な曲線路
か、或はそれ以外かを判断して舵角を設定する際のモデ
ル式を選択する舵角算出式選択手段と、選択したモデル
式に、対応する上記ずれ幅を代入して舵角を決定する舵
角決定手段とを備えるものである。
【００１２】
【作 用】本発明では、まず、一次予測ずれ幅算出手段
で、車輛前方の延長線と、設定近距離注視位置に対応す
る目標軌道及び設定遠距離注視位置に対応する目標軌道
とのずれ幅をそれぞれ算出する。
【００１３】また、二次予測ずれ幅算出手段では、車輛
進行方向の設定近距離注視位置と設定遠距離注視位置と
における予測軌道と、対応する目標軌道とのずれ幅をそ
れぞれ算出する。
【００１４】そして、舵角算出式選択手段で、上記両ず
れ幅算出手段で算出したずれ幅に基づき、少なくとも軌
道が直線または曲率の大きな曲線路か、定常的な曲線路
か、或はそれ以外かを判断して舵角を設定する際のモデ
ル式を選択する。
【００１５】その後、舵角決定手段出で、上記舵角算出
式選択手段で選択した舵角を算出する際のモデル式に、
必要とする上記ずれ幅を選択して代入することで舵角を
決定する。
【００１６】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。
【００１７】図１〜図６は本発明の一実施例を示し、図
１は制御手段の機能ブロック図、図２は軌道追従制御装
置のブロック図、図３は車輛に組込んだ軌道追従制御装
置の構成図、図４は舵角算出式選択手順を示すフローチ
ャート、図５は車輛の追従走行状態を示す概略図、図６
は軌道追従制御の概念図である。
【００１８】軌道追従制御装置は、自動車等の車輛１に
搭載されており、この車輛１の上部両側に一定間隔を開
けて前方へ指向された状態で固設されているビデオカメ
ラ２Ｒ，２Ｌと、ステアリングコラム３に固設されてス
テアリングシャフト（図示せず）を介して前輪の転舵角
を制御するステアリングアクチュエータ４と、上記両ビ
デオカメラＲ，２Ｌからの画像信号を処理する画像処理
手段５と、上記画像データ及び車速センサ７、舵角セン
サ８で検出した車速データ、舵角データ等に基づいてス
テアリングに対する舵角を設定する制御手段６と、この
制御手段６で設定した舵角に相応する駆動信号を上記ス
テアリグアクチュエータ４へ出力するステアリグコント
ローラ１０とで構成されている。
【００１９】上記ビデオカメラ２Ｒ，２ＬはＣＣＤ（電
荷結合素子）などの固体撮像素子を用いて、図５に細線
で示すように車輛１の前方の所定範囲をそれぞれ撮像す
る。
【００２０】また、上記画像処理手段５では、上記両ビ
デオカメラ２Ｒ，２Ｌからの画像信号を処理し、認識す
べき画像（幅員を示す白線、あるいは計測すべき対象物
等）を画像の輝度、彩度、濃度等に基づいて選択し処理
する。
【００２１】また、上記制御手段１は、距離計算手段Ｍ
1、一次予測ずれ幅算出手段Ｍ2、二次予測ずれ幅算出手
段Ｍ3、舵角算出式選択手段Ｍ4、切換え手段Ｍ5、舵角
決定手段Ｍ6で構成されている。
【００２２】距離計算手段Ｍ1では、上記画像処理手段
５からの画像データに基づいて画像上の設定近距離注視
位置Ｌ1と設定遠距離注視位置Ｌ2及び、走行しようとす
る軌道（以下「目標軌道」）を算出する。この目標軌道
は、例えば走行中の路面の幅員を白線などから認識し、
この幅員の中心を求めることで割出す（図５参照）。
【００２３】一次予測ずれ幅算出手段Ｍ2では、近距離
位置Ｌ1及び遠距離位置Ｌ2での、車輛１の中心の延長線
Ｏと上記目標軌道とのずれ幅ｄ＿Ｌ1，ｄ＿Ｌ2を算出す
る（図６参照）。
【００２４】二次予測ずれ幅算出手段Ｍ3では、上記近
距離位置Ｌ1 及び遠距離位置Ｌ2における目標軌道と、
舵角データ及び車速データ等に基づいて現在の位置、方
向、運動状態等から割出した車輛１の上記近距離位置Ｌ
1 及び遠距離位置Ｌ2における予測軌道とのずれ幅 ε＿
Ｌ1，ε＿Ｌ2を算出する（図６参照）。
【００２５】舵角算出式選択手段Ｍ4では上記各ずれ幅
ｄ＿Ｌ1，ｄ＿Ｌ2，ε＿Ｌ1，ε＿Ｌ2に基づいて予め設
定した舵角算出式を選択する。
【００２６】この舵角算出式は、この実施例では一次予
測舵角式（δ＝ｋ1×ｄ＿Ｌ1）、近距離二次予測式（δ
＝ｋ2×Σε＿Ｌ1）、遠距離二次予測式（δ＝ｋ2×Σ
ε＿Ｌ2）の３種類のモデル式がある。なお、この舵角
算出式の選択手順については後にフローチャートで詳述
する。
【００２７】切換え手段Ｍ5では、上記舵角算出式選択
手段Ｍ4で選択した舵角算出式に対応する比例定数（ゲ
イン）ｋ1，ｋ2，ｋ3及び、ずれ幅ｄ＿Ｌ1，ε＿Ｌ1，
ε＿Ｌ2を切換えて取入れる。
【００２８】舵角決定手段Ｍ5では、取入れた比例定数
ｋ1とずれ幅ｄ＿Ｌ1、比例定数ｋ2とずれ幅ε＿Ｌ1或
は，比例定数ｋ3とずれ幅ε＿Ｌ2を選択した舵角算出式
に代入して舵角を決定する。
【００２９】そして、この舵角に対応する信号を上記ス
テアリングコントローラ１０に出力する。
【００３０】次に、舵角算出式選択手順について、図４
のフローチャートに従って説明する。
【００３１】このフローチャートでは、算出した各ずれ
幅ｄ＿Ｌ1，ｄ＿Ｌ2，ε＿Ｌ1，ε＿Ｌ2を所定値と比較
し、ずれ幅が各設定値ｄo1，ｄo2，εo1，εo2よりも大
きいか、小さいかで舵角式を選択する。
【００３２】すなわち、ステップＳ１０１でｄ＿Ｌ1≦
ｄo1、ステップＳ１０２でｄ＿Ｌ2≦ｄo2、且つ、ステ
ップＳ１０３でε＿Ｌ1≦εo1と判断された場合、ステ
ップＳ１０４へ進み、一次予測舵角式（δ＝ｋ1×ｄ＿
Ｌ1）を選択する。
【００３３】また、ステップＳ１０１でｄ＿Ｌ1＞ｄo
1、ステップＳ１０５でｄ＿Ｌ2＞ｄo2、ステップＳ１０
６でε＿Ｌ1≦εo1、ステップＳ１０７でε＿Ｌ2≦εo2
と判断された場合、ステップＳ１０８へ進み、遠距離二
次予測舵角式（δ＝ｋ3×Σε＿Ｌ2）を選択する。
【００３４】そして、上記以外の場合には、ステップＳ
１０９へ進み、近距離二次予測舵角式（δ＝ｋ2×Σε
＿Ｌ1）を選択する。
【００３５】上述した舵角算出式の選択条件をまとめれ
ば以下の通りである。
【００３６】（１）一次予測舵角式（ｄ＿Ｌ1≦ｄo1，
ｄ＿Ｌ2≦ｄo2且つ、ε＿Ｌ1≦εo1） 直線路、或は緩やかな曲線路と判断され、一次予測舵角
式を用いることで、走行性が安定する。
【００３７】（２）遠距離二次予測舵角式（ｄ＿Ｌ1＞
ｄo1，ｄ＿Ｌ2＞ｄo2，ε＿Ｌ1≦εo1且つ、ε＿Ｌ2≦
εo2） 定常的な曲線路と判断され、遠距離二次予測舵角式を用
い、注視点を遠くに設定することで、走行安定性をある
程度確保した上で曲線路に対する追従性をよくする。
【００３８】（３）近距離二次予測舵角式（その他） (1),(2) 以外のずれ幅を有する曲線路は、直線路から曲
線路、或はＳ字のように軌道が大きく変化していると考
えられ、注視点を近距離に設定することで走行精度が向
上する。
【００３９】なお、上記各設定値は、実験などから求め
るもので、例えばｄo1＝0.25(m)，ｄo2＝1.0(m)，εo1
＝0.05(m)，εo2＝0.5(m)である。
【００４０】このように、本実施例では、軌道追従制御
をする際に、軌道の曲率に応じて一次予測式と二次予測
式、或は二次予測式であっても注視点を近距離側と遠距
離側とを選択的に採用するため、軌道の変化に対する追
従性が良い。
【００４１】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
舵角を設定する際のモデル式を曲線路の変化に応じて切
換えて使用するようにしたので、あらゆる軌道の変化に
対応して精度良く追従走行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】制御手段の機能ブロック図
【図２】軌道追従制御装置のブロック図
【図３】車輛に組込んだ軌道追従制御装置の構成図
【図４】舵角算出式選択手順を示すフローチャート
【図５】車輛の追従走行常態を示す概略図
【図６】軌道追従制御の概念図
【図７】従来の軌道追従制御の概念を示す概略図
【符号の説明】
１…車輛 ｄ＿Ｌ1，ｄ＿Ｌ2，ε＿Ｌ1，ε＿Ｌ2…ずれ幅 Ｌ1…設定近距離注視位置 Ｌ2…設定遠距離注視位置 Ｍ2…一次予測ずれ幅算出手段 Ｍ3…二次予測ずれ幅算出手段 Ｍ4…舵角算出式選択手段 Ｍ6…舵角決定手段 Ｏ…（車輛の）延長線 δ…舵角
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０６Ｆ 15/62 ４１５ 9287−5Ｌ // Ｂ６２Ｄ 101:00 113:00 137:00

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車輛(1)前方の延長線(O)と、設定近距離
    注視位置(L1)の目標軌道及び設定遠距離注視位置(L2)の
    目標軌道とのずれ幅(d_L1,d_L2)をそれぞれ算出する一
    次予測ずれ幅算出手段(M2)と、 車輛進行方向の設定近距離注視位置(L1)と設定遠距離注
    視位置(L2)とにおける車輛(1)の予測軌道と上記目標軌
    道とのずれ幅(ε_L1,ε_L2)をそれぞれ算出する二次予
    測ずれ幅算出手段(M3)と、 上記両ずれ幅算出手段(M2,M3)で算出したずれ幅(d_L1,d
    _L2,ε_L1,ε_L2)に基づき、少なくとも軌道が直線また
    は曲率の大きな曲線路か、定常的な曲線路か、或はそれ
    以外かを判断して舵角(δ)を設定する際のモデル式を選
    択する舵角算出式選択手段(M4)と、 選択したモデル式に、対応する上記ずれ幅(d_L1,d_L2,
    ε_L1,或はε_L2)を代入して舵角(δ)を決定する舵角決
    定手段(M6)とを備えることを特徴とする車輛の軌道追従
    制御装置。
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